Фильтрация сигналов

Программа Фильтрация сигналов используется для фильтрации сигналов, поступающих на входные каналы анализаторов спектра, тензометрических станций, сейсмостанций для последующей обработки программами ZETLAB. Программа Фильтрация сигналов также может применяться для обработки виртуальных каналов, созданных такими программами, как Виброметр, Тензодатчик и др. Программа Фильтрация сигналов работает с сигналами как в режиме реального времени, так и при воспроизведении записанных сигналов.

При проведении различных видов испытаний, измерений, диагностики и распознавания речи в сложных условиях окружающих помех, появляется проблема достоверного оценивания какого-либо параметра сигнала, например, уровня, частоты, коэффициента корреляции с другим сигналом. Если полезный сигнал и помеха разделяются в частотной области, то самым распространенным методом является метод фильтрации сигналов.

Блок-схема

программы фильтрация сигналов

Любой из элементов блок-схемы может быть включен или отключен. Фильтры можно подключать последовательно друг за другом.

Структурная схема программы Фильтрация сигналов

Интерфейс

программы фильтрация сигналов

Функция «Двойное интегрирование»

Функция «ФВЧ»

Окно программы

Многоканальный осциллограф

На верхней осциллограмме представлена временная реализация исходного сигнала, на нижней – результат работы функций двойного интегрирования и ФВЧ программы Фильтрация сигналов. В рассмотренном примере обрабатывался сигнал с акселерометра, установленного на неподвижном корпусе балансируемого изделия. Двойное интегрирование применено для получения сигнала перемещения из сигнала ускорения, ФВЧ — для компенсации смещения постоянной составляющей полученного сигнала.

Исходный и отфильтрованный сигнал

Программа фильтрации создает дополнительные виртуальные каналы, в которых и производится обработка сигналов. Все сигналы – реальные и виртуальные – имеют внутреннюю синхронизацию, что позволяет проводить их совместную обработку, например, при помощи программы Взаимный спектральный анализ. Исходные сигналы для фильтрации остаются неизменными. Все программы ZETLab имеют возможность одновременно обрабатывать исходные реальные сигналы и отфильтрованные виртуальные.

Возможности

программы Фильтрация сигналов

Выбор количества каналов для фильтрации

Программа может одновременно фильтровать несколько каналов. Причем фильтрация может производиться, как одного, так и различных измерительных каналов, включая виртуальные каналы.

Выбор типа фильтра

Дифференцирование и интегрирование сигналов широко используется в вибрации и акустике. Большинство применяемых в вибрации датчиков являются пьезоэлектрическими акселерометрами, т.е. датчики отдают сигнал пропорциональный ускорению. Многие контролируемые вибрационные параметры механизмов задаются в уровнях виброскорости. Для балансировки вращающихся механизмов, необходимо знать виброперемещение в точке крепления вибродатчика. Для получения сигнала виброскорости из сигнала виброускорения необходимо этот сигнал подвергнуть интегрированию первого порядка. Для получения сигнала виброперемещения необходимо провести двойное интегрирование сигнала виброускорения. Аналогично, из сигнала датчика линейного перемещения можно получить сигнал скорости перемещения и сигнал ускорения дифференцированием сигнала.

Применение интегрирующих фильтров позволяет использовать анализатор в качестве виброметра первого класса точности.

Дифференцирование сигнала полезно при виброакустическом мониторинге различных систем. Одним из важнейших параметров мониторинга является тренд процесса, т.е. долговременное изменение уровня контролируемого сигнала по времени (например, интегральный уровень вибрации или уровень шума в полосе). Для контроля изменения этого сигнала можно продифференцировать этот сигнал и следить за уровнем его производной, т.е. уровнем изменения сигнала.

Если входной сигнал является сигналом виброускорения (т.е. единица измерения «g» или «м/с2»), то при интегрировании единица измерения выходного канала становится единица измерения виброскорость – «м/с». При двойном интегрировании сигнала виброускорения единица измерения выходного канала становится единица виброперемещения – «м». Опорные значения для расчета «дБ» также претерпевают изменения. Если у входного канала опорное значения «дБ» были выбраны по системе ISO, то опорные значения выходных каналов для интегрирования и двойного интегрирования также берутся по системе ISO. Если опорные значения дБ выбраны по ГОСТ, то опорные значения выходных каналов задаются также по ГОСТ. В противном случае к единице измерения входного канала при интегрировании добавляется «*с», а при двойном интегрировании – «*с2», при дифференцировании – «/с», при двойном дифференцировании – «/с2». Опорные значения расчета «дБ» при этом не меняются.

Линейный фильтр не производит никаких действий.

Выбор фильтров верхних и нижних частот

В каждом канале программы фильтрации могут включаться фильтры верхних и нижних частот. Эти фильтры реализованы как фильтры Баттерворта 2, 4, 6, 8 или 10 порядков с бесконечной импульсной характеристикой. Порядок фильтров зависит от отношения частоты среза фильтра к частоте дискретизации фильтруемого канала: чем это соотношение больше, тем выше порядок фильтра. Частоты среза фильтров задаются в Гц и устанавливаются на уровне минус 3 дБ.

В программе Фильтрация сигналов реализованы фильтры с частотными коррекциями:

  • А, С, Z – «Звук»;
  • G – «Инфразвук»;
  • Wd, Wk Wb, Wc, We, Wj, Wm, Fk (Лин 0,4–100 Гц), Fm (Лин 0,8–100 Гц) — Общая вибрация;
  • Wh, Fh (Лин 6,3 – 1286 Гц) – Локальная вибрация.

Фильтры с коррекцией А, В, С, D необходимы при измерениях уровня воздушного шума. Фильтры выполнены в соответствии с ГОСТ 17187 «Шумомеры, общие технические требования и методы испытаний». Это позволяет использовать анализаторы ZET 017-U2, ZET 017-U8 и A19-U2 в качестве шумомера первого класса точности.

Огибающая сигнала

Программа фильтрации позволяет рассчитать огибающую сигнала. Огибающая уровня рассчитывается как сглаженное среднеквадратическое значение сигнала. Параметром для огибающей функцией является время сглаживания, которое задается в мс. Для виброметров и шумомеров стандартизированы два времени усреднения «Fast» (125 мс) «Slow» (1000 мс).

Дополнительная информация

Частотная коррекция: корректирующие фильтры Wb, Wc, Wd, We, Wf, Wh,Wj, Wk, Wm, Fh, Fk, Fm, A, B, C, D

Встроенный в программу модуль управления и автоматизации из состава ZETLab Studio обеспечивает простоту и удобство при построении собственных программно-измерительных комплексов,

Амплитудно-частотную и фазочастотную характеристику фильтров можно получить с помощью программ «Снятие АЧХ и ФЧХ«.

С помощью программы Арифмометр также можно реализовать режекторные фильтры.